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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024101638
(43)【公開日】2024-07-30
(54)【発明の名称】モータユニット及びそれを備えた電動コンプレッサ
(51)【国際特許分類】
H02P 25/18 20060101AFI20240723BHJP
H02P 25/22 20060101ALI20240723BHJP
【ＦＩ】
H02P25/18
H02P25/22
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023005651
(22)【出願日】2023-01-18
(71)【出願人】
【識別番号】000001845
【氏名又は名称】サンデン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100098361
【弁理士】
【氏名又は名称】雨笠 敬
(72)【発明者】
【氏名】柏原 辰樹
(72)【発明者】
【氏名】荒木 雄志
(72)【発明者】
【氏名】町田 尊
(72)【発明者】
【氏名】吉田 浩
(72)【発明者】
【氏名】小林 孝次
【テーマコード（参考）】
5H505
【Ｆターム（参考）】
5H505AA06
5H505BB10
5H505CC04
5H505EE35
5H505EE55
5H505HA06
5H505HA10
5H505HB01
5H505LL01
5H505LL24
5H505MM16
(57)【要約】
【課題】低コスト、省スペースで、入力電圧のワイドレンジ化に対応可能なモータユニットを提供する。
【解決手段】モータユニット１は、三相の第１の巻線３７及び第２の巻線３８が巻装されたステータを有するモータ８を備える。各相の第１の巻線３７は、各相のハーフブリッジ回路１９Ｕ～１９Ｗの中性点にそれぞれ接続され、各相の第２の巻線３８は、切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８Ｉを介してハーフブリッジ回路の中性点に接続される。制御装置２１は、切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８ＩをＯＦＦし、第１の巻線３７によりモータ８を駆動する第１の駆動状態と、ＯＮして第２の巻線３８を第１の巻線３７に並列に接続し、モータ８を駆動する第２の駆動状態を切り換えて実行する。
【選択図】図１
【解決手段】モータユニット１は、三相の第１の巻線３７及び第２の巻線３８が巻装されたステータを有するモータ８を備える。各相の第１の巻線３７は、各相のハーフブリッジ回路１９Ｕ～１９Ｗの中性点にそれぞれ接続され、各相の第２の巻線３８は、切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８Ｉを介してハーフブリッジ回路の中性点に接続される。制御装置２１は、切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８ＩをＯＦＦし、第１の巻線３７によりモータ８を駆動する第１の駆動状態と、ＯＮして第２の巻線３８を第１の巻線３７に並列に接続し、モータ８を駆動する第２の駆動状態を切り換えて実行する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
三相の第１の巻線及び第２の巻線が巻装されたステータを有するモータと、
上下アームスイッチング素子が直列接続された三相のハーフブリッジ回路の中性点における相電圧を三相交流出力として前記モータに印加するインバータ回路と、
該インバータ回路の前記各相の上下アームスイッチング素子をスイッチング制御する制御装置を備え、
各相の前記第１の巻線は、各相の前記ハーフブリッジ回路の中性点にそれぞれ接続されると共に、
各相の前記第２の巻線は、それぞれ切換用スイッチング素子を介して各相の前記ハーフブリッジ回路の中性点に接続され、
前記制御装置は、
前記切換用スイッチング素子をＯＦＦし、前記第１の巻線により前記モータを駆動する第１の駆動状態と、
前記切換用スイッチング素子をＯＮすることで、前記第２の巻線を前記第１の巻線に並列に接続し、前記モータを駆動する第２の駆動状態を切り換えて実行することを特徴とするモータユニット。
上下アームスイッチング素子が直列接続された三相のハーフブリッジ回路の中性点における相電圧を三相交流出力として前記モータに印加するインバータ回路と、
該インバータ回路の前記各相の上下アームスイッチング素子をスイッチング制御する制御装置を備え、
各相の前記第１の巻線は、各相の前記ハーフブリッジ回路の中性点にそれぞれ接続されると共に、
各相の前記第２の巻線は、それぞれ切換用スイッチング素子を介して各相の前記ハーフブリッジ回路の中性点に接続され、
前記制御装置は、
前記切換用スイッチング素子をＯＦＦし、前記第１の巻線により前記モータを駆動する第１の駆動状態と、
前記切換用スイッチング素子をＯＮすることで、前記第２の巻線を前記第１の巻線に並列に接続し、前記モータを駆動する第２の駆動状態を切り換えて実行することを特徴とするモータユニット。
【請求項2】
前記制御装置は、
入力電圧が所定値より高い場合、若しくは、前記所定値以上である場合、前記切換用スイッチング素子をＯＦＦすると共に、
入力電圧が前記所定値以下の場合、若しくは、前記所定値より低い場合、前記切換用スイッチング素子をＯＮすることを特徴とする請求項１に記載のモータユニット。
入力電圧が所定値より高い場合、若しくは、前記所定値以上である場合、前記切換用スイッチング素子をＯＦＦすると共に、
入力電圧が前記所定値以下の場合、若しくは、前記所定値より低い場合、前記切換用スイッチング素子をＯＮすることを特徴とする請求項１に記載のモータユニット。
【請求項3】
前記第１の巻線の巻数は、入力電圧が前記所定値より高いとき、若しくは、前記所定値以上であるときに、制御上最小のモータ電流で要求駆動点を満足する値とされ、前記第２の巻線の巻数は、入力電圧が前記所定値以下のとき、若しくは、前記所定値より低いときに、制御上最小のモータ電流で要求駆動点を満足する値とされていることを特徴とする請求項２に記載のモータユニット。
【請求項4】
前記第１の巻線の巻数は、前記第２の巻線の巻数より多いことを特徴とする請求項１に記載のモータユニット。
【請求項5】
前記第１及び第２の巻線の巻数は、同一の入力電圧が印加された場合に、前記第２の巻線に流れる電流が、前記第１の巻線に流れる電流よりも大きくなる値に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のモータユニット。
【請求項6】
前記第１の巻線の発電定数は、前記第２の巻線の発電定数より大きいことを特徴とする請求項１に記載のモータユニット。
【請求項7】
前記制御装置は、前記モータが停止している状態で、前記切換用スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦすることを特徴とする請求項１に記載のモータユニット。
【請求項8】
前記切換用スイッチング素子と前記上アームスイッチング素子は、制御電極電圧値が同じスイッチング素子であることを特徴とする請求項１に記載のモータユニット。
【請求項9】
前記第１の巻線と前記第２の巻線は、前記ステータのティースに共通巻きされていることを特徴とする請求項１に記載のモータユニット。
【請求項10】
ハウジング内に前記モータと該モータにより駆動されて冷媒を圧縮する圧縮機構を備え、
前記上下アームスイッチング素子が、前記ハウジング内に吸入される冷媒と熱交換関係に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のうちの何れかに記載のモータユニットを備えた電動コンプレッサ。
前記上下アームスイッチング素子が、前記ハウジング内に吸入される冷媒と熱交換関係に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のうちの何れかに記載のモータユニットを備えた電動コンプレッサ。
【請求項11】
ハウジング内に前記モータと該モータにより駆動されて冷媒を圧縮する圧縮機構を備え、
前記上下アームスイッチング素子及び前記切換用スイッチング素子が、前記ハウジング内に吸入される冷媒と熱交換関係に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のうちの何れかに記載のモータユニットを備えた電動コンプレッサ。
前記上下アームスイッチング素子及び前記切換用スイッチング素子が、前記ハウジング内に吸入される冷媒と熱交換関係に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のうちの何れかに記載のモータユニットを備えた電動コンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、インバータ回路により三相交流出力をモータに印加して駆動するモータユニット及びそれを備えた電動コンプレッサに関するものである。
【背景技術】
【0002】
インバータで駆動されるモータは、入力電圧が低下した場合、回転数が高くなると出力可能トルクが低下するが、ハウジング内に収納されたモータにより圧縮機構を駆動する電動コンプレッサでは、従来入力電圧の要求範囲は広くなかった。
【0003】
しかしながら、近年電動コンプレッサでも入力電圧の変化に対する駆動可能領域の要求が厳しくなってきている。ここで、一般的なインバータでは入力電圧とモータの特性（主に発電定数）によって出力可能な駆動領域が変化する。
【0004】
例えば、ステータ巻線の巻数が多く、発電定数が大きいモータでは、低い電流値で大きなトルクを出すことができるものの、回転数が高くなると発電電圧が逆起電圧となって電流を流せなくなる。即ち、高速領域で駆動することができなくなる。そこで、従来では高速領域での駆動を可能とするために、弱め磁束制御を用いて大電流をモータに流すことで、発電定数を見かけ上小さくする対策が行われていた。そのため、係るモータでは低速領域では効率が良いものの、高速領域では効率が悪くなる。また、弱め磁束制御の効果がある領域は限られるため、入力電圧が下がりすぎると、弱め磁束を利用しても高速領域でトルクを出すことができなくなる。
【0005】
一方、ステータ巻線の巻数が少なく、発電定数が小さいモータでは、大きなトルクを出すために大きな電流を流す必要があるものの、発電電圧が小さいために高速駆動が可能となる。そのため、係るモータでは低速領域で効率が悪くなるものの、高速領域では効率が良くなる。
【0006】
そこで、広い運転範囲において高効率にモータを駆動する方策として、運転領域に合わせてモータの巻線を切り換えるものや（例えば、特許文献１、特許文献２参照）、運転領域に合わせてインバータの構成を切り換えるものが開発されてきた（例えば、特許文献３参照）。また、より一般的な方策としては、インバータの前段に昇圧コンバータを配置するものがあった（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特許第３９４８００９号公報
【特許文献2】特開２０１９－１８７０２５号公報
【特許文献3】特開２００６－１４９１５３号公報
【特許文献4】特許第５９２５５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
ここで、ステータ巻線の発電定数が大きい／小さいは、入力電圧に対して相対的なものであるため、運転条件が同じでも入力電圧が大きく変化すると上記特許文献１～３のような方策が必要となる。
【0009】
これについて、図５～図９のグラフを用いてより具体的に説明する。図５～図６、図８～図９はインバータで駆動されるモータのＮＴ特性を示しており、横軸は回転数［ｒｐｍ］、縦軸はトルク［Ｎｍ］である。各図中の黒丸は回転数の値に対してモータに要求されるトルクの値（要求駆動点）であり、モータはこの要求駆動点より高いトルクの出力が求められ、それを満たすことができるか否かで能力を評価することができる。尚、縦軸の縮尺を明瞭にするために、要求駆動点の最大トルク値を、描画する最大のトルク値として制限している。即ち、実際には要求駆動点の最大トルク値よりも高いトルクを出力可能な場合であっても、出力可能なトルクが要求駆動点の最大トルク値であるように制限している。
【0010】
図５はステータ巻線の巻数が多く、発電定数が大きい高電圧用のモータの場合であり、図中実線は通常の入力電圧のとき、点線は入力電圧が低下したときのＮＴ特性を示している。この場合のモータでは、通常の入力電圧のときは駆動範囲（回転数）の全てで要求駆動点よりも高いトルクを出力できており、要求駆動点を満たすことができている（実線）。しかしながら、入力電圧が低下した場合、回転数が高い領域では要求駆動点よりも出力可能なトルクが低くなっていることが分かる（点線）。
【0011】
このような場合、一般的にはモータの特性を変更することで、駆動範囲を調整する。ここで、図６にステータ巻線の巻数が少なく、発電定数が小さい低電圧用のモータの特性を示す。この図においても実線は通常の入力電圧のとき、点線は入力電圧が低下したときのＮＴ特性を示している。このようなモータであれば、通常の入力電圧の場合と、入力電圧が低下した場合の双方において、駆動範囲（回転数）の全てで要求駆動点を満たすことができることが分かる（実線と点線）。
【0012】
但し、図６に示したＮＴ特性は、モータ電流の大きさを制限しておらず、無限に電流を流すことができた場合であり、実際にはステータ巻線及びインバータのスイッチング素子は電流が大きくなると損失と発熱が大きくなる。特に、損失は電流の二乗で増加するため、大電流を流した場合、発熱が急増し、ステータ巻線やスイッチング素子が破壊する恐れがある。そのため、実際のモータでは流すことができる電流の大きさに制限がある。
【0013】
図７にモータの回転数［ｒｐｍ］に対するモータ電流の許容値（電流許容値）［Ａ］の関係の一例を示す。この例は電動コンプレッサの圧縮機構を駆動するモータの場合を示している。電動コンプレッサのインバータ駆動モータの場合、ステータ巻線及びスイッチング素子は電動コンプレッサの吸入冷媒と熱交換関係に配置されるため、低温の冷媒によって冷却される。そのため、電動コンプレッサの回転数（モータの回転数）が低くなると、冷却特性が悪くなり、電流許容値は低くなる。
【0014】
また、図中の実線は通常の入力電圧の場合、点線は入力電圧が低下した場合を示している。入力電圧が高いほど、スイッチング素子の損失が増加するため、入力電圧の大きさにより電流許容値は変化し、入力電圧が低い方が（点線）多くの電流を流すことができる。
【0015】
このような電流制限（電流許容値）を考慮した場合のＮＴ特性を図８と図９に示す。図８はステータ巻線の巻数が多く、発電定数が大きい高電圧用のモータの場合、図９はステータ巻線の巻数が少なく、発電定数が小さい低電圧用のモータの場合であり、各図中の黒丸は図５、図６と同様の要求駆動点、実線は通常の入力電圧のとき、点線は入力電圧が低下したときである。
【0016】
図８、図９から分かるように、ステータ巻線の巻数が多く、発電定数が大きい高電圧用のモータの場合は、通常の入力電圧のときに低速高負荷領域での駆動が可能であるが、入力電圧が低下したときは、高速高負荷領域での駆動ができなくなる。一方、ステータ巻線の巻数が少なく、発電定数が小さい低電圧用のモータの場合は、入力電圧が低下したときにも高速高負荷領域での駆動が可能であるが、通常の入力電圧のときに低速高負荷領域での駆動ができなくなる。このように、入力電圧が変動した場合、一つのステータ巻線で全ての運転領域を満たすことが難しい。
【0017】
しかしながら、例えば電動コンプレッサの場合は、コストとサイズに制限があるため、前述した何れの方策もコストとスペースの面で採用することが難しい。その理由は、前記特許文献１ではステータ巻線の切換のためにスイッチング素子（ＩＧＢＴ）を２個、ダイオードを１６個増設しなければならない。また、特許文献２や特許文献３ではスイッチング素子（ＩＧＢＴ）を６個、場合によっては電磁リレーを２個増設する必要があるからである。
【0018】
また、特に電動コンプレッサは小型化が求められるため、特許文献４のように昇圧コンバータを設けることは困難である。更に、特許文献２では巻線を切り換えるためのスイッチング素子（ＩＧＢＴ）のエミッタ電位がモータの中性点電位であるため、インバータのスイッチング素子（ＩＧＢＴ）のゲート駆動用とは別のゲート駆動用電源を作る必要があり、このこともコスト高騰の要因となる。
【0019】
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するためになされたものであり、低コスト、省スペースで、入力電圧のワイドレンジ化に対応可能なモータユニット及びそれを備えた電動コンプレッサを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0020】
本発明のモータユニットは、三相の第１の巻線及び第２の巻線が巻装されたステータを有するモータと、上下アームスイッチング素子が直列接続された三相のハーフブリッジ回路の中性点における相電圧を三相交流出力としてモータに印加するインバータ回路と、このインバータ回路の各相の上下アームスイッチング素子をスイッチング制御する制御装置を備え、各相の第１の巻線は、各相のハーフブリッジ回路の中性点にそれぞれ接続されると共に、各相の第２の巻線は、それぞれ切換用スイッチング素子を介して各相のハーフブリッジ回路の中性点に接続され、制御装置は、切換用スイッチング素子をＯＦＦし、第１の巻線によりモータを駆動する第１の駆動状態と、切換用スイッチング素子をＯＮすることで、第２の巻線を第１の巻線に並列に接続し、モータを駆動する第２の駆動状態を切り換えて実行することを特徴とする。
【0021】
請求項２の発明のモータユニットは、上記発明において制御装置は、入力電圧が所定値より高い場合、若しくは、所定値以上である場合、切換用スイッチング素子をＯＦＦすると共に、入力電圧が所定値以下の場合、若しくは、所定値より低い場合、切換用スイッチング素子をＯＮすることを特徴とする。
【0022】
請求項３の発明のモータユニットは、上記発明において第１の巻線の巻数は、入力電圧が所定値より高いとき、若しくは、所定値以上であるときに、制御上最小のモータ電流で要求駆動点を満足する値とされ、第２の巻線の巻数は、入力電圧が所定値以下のとき、若しくは、所定値より低いときに、制御上最小のモータ電流で要求駆動点を満足する値とされていることを特徴とする。
【0023】
請求項４の発明のモータユニットは、請求項１の発明において第１の巻線の巻数は、第２の巻線の巻数より多いことを特徴とする。
【0024】
請求項５の発明のモータユニットは、請求項１の発明において第１及び第２の巻線の巻数は、同一の入力電圧が印加された場合に、第２の巻線に流れる電流が、第１の巻線に流れる電流よりも大きくなる値に設定されていることを特徴とする。
【0025】
請求項６の発明のモータユニットは、請求項１の発明において第１の巻線の発電定数は、第２の巻線の発電定数より大きいことを特徴とする。
【0026】
請求項７の発明のモータユニットは、請求項１の発明において制御装置は、モータが停止している状態で、切換用スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦすることを特徴とする。
【0027】
請求項８の発明のモータユニットは、請求項１の発明において切換用スイッチング素子と上アームスイッチング素子は、制御電極電圧値が同じスイッチング素子であることを特徴とする。
【0028】
請求項９の発明のモータユニットは、請求項１の発明において第１の巻線と第２の巻線は、ステータのティースに共通巻きされていることを特徴とする。
【0029】
請求項１０の発明の電動コンプレッサは、上記各発明のモータユニットを備え、ハウジング内にモータとこのモータにより駆動されて冷媒を圧縮する圧縮機構が設けられ、上下アームスイッチング素子が、ハウジング内に吸入される冷媒と熱交換関係に配置されていることを特徴とする。
【0030】
請求項１１の発明の電動コンプレッサは、請求項１乃至請求項９の発明のモータユニットを備え、ハウジング内にモータとこのモータにより駆動されて冷媒を圧縮する圧縮機構が設けられ、上下アームスイッチング素子及び切換用スイッチング素子が、ハウジング内に吸入される冷媒と熱交換関係に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0031】
本発明のモータユニットは、三相の第１の巻線及び第２の巻線が巻装されたステータを有するモータと、上下アームスイッチング素子が直列接続された三相のハーフブリッジ回路の中性点における相電圧を三相交流出力としてモータに印加するインバータ回路と、このインバータ回路の各相の上下アームスイッチング素子をスイッチング制御する制御装置を備えており、各相の第１の巻線を、各相のハーフブリッジ回路の中性点にそれぞれ接続すると共に、各相の第２の巻線を、それぞれ切換用スイッチング素子を介して各相のハーフブリッジ回路の中性点に接続し、制御装置により、切換用スイッチング素子をＯＦＦし、第１の巻線によりモータを駆動する第１の駆動状態と、切換用スイッチング素子をＯＮすることで、第２の巻線を第１の巻線に並列に接続し、モータを駆動する第２の駆動状態を切り換えて実行するようにしたので、三つの切換用スイッチング素子により、モータの第１の駆動状態と第２の駆動状態を切り換えることができるようになり、モータの巻線切換を低コスト、省スペースで実現することが可能となる。この場合、リレーでは無くスイッチング素子で巻線切換を行うので、更なるコストの削減と小型化を実現することができる。
【0032】
更に、請求項２の発明の如く制御装置によって、例えば入力電圧が所定値より高い場合、若しくは、所定値以上である場合、切換用スイッチング素子をＯＦＦすると共に、入力電圧が所定値以下の場合、若しくは、所定値より低い場合、切換用スイッチング素子をＯＮすることにより、入力電圧のワイドレンジ化に対応可能となる。
【0033】
この場合、請求項３の発明の如く第１の巻線の巻数を、入力電圧が所定値より高いとき、若しくは、所定値以上であるときに、制御上最小のモータ電流で要求駆動点を満足する値とし、第２の巻線の巻数を、入力電圧が所定値以下のとき、若しくは、所定値より低いときに、制御上最小のモータ電流で要求駆動点を満足する値とすることで、所定値より高い若しくは所定値以上の通常の入力電圧のときには、第１の駆動状態として第１の巻線により、電流許容値をクリアしながら駆動領域（回転数）の全てで要求駆動点を満足し、入力電圧が低下して所定値以下若しくは所定値より低くなったときには、第２の駆動状態として第２の巻線により、電流許容値をクリアしながら駆動領域の全てで要求駆動点を満足することが可能となる。
【0034】
この第２の駆動状態でも第１の巻線は回路から切り離されないが、第１の巻線の巻数は、通常の入力電圧のときに制御上最小のモータ電流で要求駆動点を満足する値であるので、入力電圧が低下したときには、発電電圧の関係で第１の巻線に流れる電流値は小さくなる。従って、実質的にモータは第２の巻線で駆動されることになる。
【0035】
また、請求項４の発明の如く第１の巻線の巻数を、第２の巻線の巻数より多くし、或いは、請求項５の発明の如く、第１及び第２の巻線の巻数を、同一の入力電圧が印加された場合に、第２の巻線に流れる電流が、第１の巻線に流れる電流よりも大きくなる値に設定することにより、若しくは、請求項６の発明の如く第２の巻線よりも発電定数が大きい第１の巻線を採用することによっても、例えば前述した如く通常の入力電圧では第１の駆動状態とし、入力電圧が低下したときに第２の駆動状態に切り換えることにより、入力電圧のワイドレンジ化に対応することが可能である。
【0036】
即ち、請求項４の発明では、通常の入力電圧では第１の駆動状態として巻数の多い第１の巻線により、電流許容値をクリアしながら駆動領域（回転数）の全てで要求駆動点を満足し、入力電圧が低下したときには第２の駆動状態として巻数の少ない第２の巻線により、電流許容値をクリアしながら駆動領域の全てで要求駆動点を満足することが可能となるからである。
【0037】
また、請求項５の発明では、通常の入力電圧では第１の駆動状態として第１の巻線により、電流許容値をクリアしながら駆動領域（回転数）の全てで要求駆動点を満足し、入力電圧が低下したときには第２の駆動状態とし、より電流が流れ易く、正のトルクが発生し易い第２の巻線により、電流許容値をクリアしながら駆動領域の全てで要求駆動点を満足することが可能となるからである。
【0038】
更に、請求項６の発明では、通常の入力電圧では第１の駆動状態として発電定数が大きい第１の巻線により、電流許容値をクリアしながら駆動領域（回転数）の全てで要求駆動点を満足し、入力電圧が低下したときには第２の駆動状態として発電定数が小さい第２の巻線により、電流許容値をクリアしながら駆動領域の全てで要求駆動点を満足することが可能となるからである。
【0039】
上記請求項４～６の発明においても、第２の駆動状態では第１の巻線が回路から切り離されないが、請求項４の発明では第１の巻線の巻数が第２の巻線より多く、請求項５の発明では第２の巻線の方が電流が流れ易く、請求項６の発明では第１の巻線の発電定数が第２の巻線より大きいので、例えば入力電圧が低下したときに第２の駆動状態とすることにより、第１の巻線に流れる電流値は小さくなる。従って、実質的にモータは第２の巻線で駆動されることになる。
【0040】
また、請求項７の発明の如く制御装置が、モータが停止している状態で、切換用スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦするようにすることで、誤作動や機器の損傷を来す不都合を未然に回避することができるようになる。
【0041】
特に、本発明では切換用スイッチング素子を各相のハーフブリッジ回路の中性点に接続することになるので、請求項８の発明の如く切換用スイッチング素子と上アームスイッチング素子を、制御電極電圧値が同じスイッチング素子により構成することで、切換用スイッチング素子を上アームスイッチング素子と同様に駆動することが可能となる。これにより、切換用スイッチング素子の制御電極電圧を作るための別途の電源を準備する必要が無くなり、より一層効果的に低コスト、省スペース化を図ることができるようになる。
【0042】
更に、請求項９の発明の如く第１の巻線と第２の巻線を、ステータのティースに共通巻きすることで、モータ構造の簡素化と小型化を実現することが可能となる。
【0043】
ここで、ハウジング内にモータとそれにより駆動されて冷媒を圧縮する圧縮機構が設けられた電動コンプレッサの場合、前述した如く上下アームスイッチング素子はハウジング内に吸入される冷媒と熱交換関係に配置されて冷却されるように構成される。その場合、低速駆動時には冷媒流量が減るため、スイッチング素子の冷却性能が悪化し、その結果、低速高負荷時にモータに大電流を流すと、スイッチング素子の冷却が不足して、駆動ができなくなる。また、スイッチング素子の発熱（損失）は入力電圧が高い程、大きくなる。
【0044】
そのため、通常の入力電圧のときには、低速高負荷条件のときに小さい電流で駆動することができるようにステータ巻線の巻数を多くして発電定数を大きくする必要がある。
【0045】
一方、入力電圧が低下したときには、高速駆動時にモータの逆起電圧が大きくなり、電流を流せなくなってトルクが出せなくなる。弱め磁束制御を行っても、逆起電圧を低減できる量は決まっているため、入力電圧が大きく低下すると、弱め磁束制御をしてもトルクを出せなくなる。
【0046】
そのため、入力電圧が低下したときには、高速高負荷条件のときに電流が流せるようにステータ巻線の巻数を少なくして発電定数を小さくする必要がある。
【0047】
そこで、上記各発明のモータユニットを、請求項１０や請求項１１の発明の如くハウジング内にモータとそれにより駆動されて冷媒を圧縮する圧縮機構が設けられ、上下アームスイッチング素子、又は、当該上下アームスイッチング素子と切換用スイッチング素子が、ハウジング内に吸入される冷媒と熱交換関係に配置された電動コンプレッサに採用すれば、入力電圧のワイドレンジ化に極めて有効となるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【0048】
【図1】本発明の一実施例のモータユニットの電気回路図である。
【図5】高電圧用モータのＮＴ特性を説明する図である。
【図6】低電圧用モータのＮＴ特性を説明する図である。
【図7】モータの回転数と電流許容値の関係を説明する図である。
【図8】電流許容値を考慮した場合の高電圧用モータのＮＴ特性を説明する図である。
【図9】電流許容値を考慮した場合の低電圧用モータのＮＴ特性を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0049】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。先ず、図２～図４を参照しながら本発明のモータユニット１を備えた実施例の電動コンプレッサ（所謂インバータ一体型電動コンプレッサ）１６の構造について説明する。尚、実施例の電動コンプレッサ１６は、空気調和装置（エアコン）の冷媒回路の一部を構成するものである。
【0050】
（１）電動コンプレッサ１６の構成
図２において、電動コンプレッサ１６の金属性の筒状ハウジング２内は、当該ハウジング２の軸方向に交差する仕切壁３により圧縮機構収容部４とインバータ収容部６とに区画されており、圧縮機構収容部４内に例えばスクロール型の圧縮機構７と、この圧縮機構７を駆動するモータ８が収容されている。実施例の場合、モータ８はハウジング２に固定されたステータ９と、このステータ９の内側で回転するロータ１１から成るＩＰＭＳＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ）である。
図２において、電動コンプレッサ１６の金属性の筒状ハウジング２内は、当該ハウジング２の軸方向に交差する仕切壁３により圧縮機構収容部４とインバータ収容部６とに区画されており、圧縮機構収容部４内に例えばスクロール型の圧縮機構７と、この圧縮機構７を駆動するモータ８が収容されている。実施例の場合、モータ８はハウジング２に固定されたステータ９と、このステータ９の内側で回転するロータ１１から成るＩＰＭＳＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ）である。
【0051】
仕切壁３の圧縮機構収容部４側の中心部には軸受部１２が形成されており、ロータ１１の駆動軸１３の一端はこの軸受部１２に支持され、駆動軸１３の他端は圧縮機構７に連結されている。ハウジング２の圧縮機構収容部４に対応する位置の仕切壁３近傍には吸入口１４が形成されており、モータ８のロータ１１（駆動軸１３）が回転して圧縮機構７が駆動されると、この吸入口１４からハウジング２の圧縮機構収容部４内に作動流体である低温の冷媒が流入し、圧縮機構７に吸引されて圧縮される。
【0052】
そして、この圧縮機構７で圧縮され、高温・高圧となった冷媒は、図示しない吐出口よりハウジング２外の前記冷媒回路に吐出される構成とされている。また、吸入口１４から流入した低温の冷媒は、仕切壁３近傍を通ってモータ８の周囲を通過し、圧縮機構７に吸引されることから、仕切壁３も冷却されることになる。
【0053】
そして、この仕切壁３で圧縮機構収容部４と区画されたインバータ収容部６内には、モータ８を駆動制御するインバータ５が収容される。このインバータ５とモータ８により、本発明のモータユニット１が構成される。この場合、インバータ５は、仕切壁３を貫通する密封端子やリード線を介してモータ８に給電する構成とされている。
【0054】
（２）インバータ５の構造（スイッチング素子１８Ａ～１８Ｆ、１８Ｇ～１８Ｉの配置）
実施例の場合、インバータ５は、基板１７と、この基板１７の一面側に配線された上アームスイッチング素子１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃと、下アームスイッチング素子１８Ｄ、１８Ｅ、１８Ｆの計６個のスイッチング素子から成るインバータ回路２８と、同じく基板１７の一面側に配線された切換用スイッチング素子１８Ｇ、１８Ｈ、１８Ｉの計３個のスイッチング素子から成る切換回路３０と、基板１７の他面側に配線された制御装置２１と、図示しないＨＶコネクタ、ＬＶコネクタ等から構成されている（図２では一部のスイッチング素子を省略）。
実施例の場合、インバータ５は、基板１７と、この基板１７の一面側に配線された上アームスイッチング素子１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃと、下アームスイッチング素子１８Ｄ、１８Ｅ、１８Ｆの計６個のスイッチング素子から成るインバータ回路２８と、同じく基板１７の一面側に配線された切換用スイッチング素子１８Ｇ、１８Ｈ、１８Ｉの計３個のスイッチング素子から成る切換回路３０と、基板１７の他面側に配線された制御装置２１と、図示しないＨＶコネクタ、ＬＶコネクタ等から構成されている（図２では一部のスイッチング素子を省略）。
【0055】
各上下アームスイッチング素子１８Ａ～１８Ｆ、及び、切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８Ｉは、実施例ではＭＯＳ構造をゲート部に組み込んだ絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等の半導体パワースイッチング素子から構成されている。特に、上アームスイッチング素子１８Ａ～１８Ｃと、切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８Ｉとしては、制御電極電圧値（ゲート電圧値：ＯＮとＯＦＦの電圧の値）が同じものが使用される。実施例では全てのスイッチング素子１８Ａ～１８Ｉとして同一のＩＧＢＴを用いる。
【0056】
この場合、実施例では三相のインバータ回路２８のＵ相ハーフブリッジ回路１９Ｕの上アームスイッチング素子１８Ａと下アームスイッチング素子１８Ｄ、Ｖ相ハーフブリッジ回路１９Ｖの上アームスイッチング素子１８Ｂと下アームスイッチング素子１８Ｅ、Ｗ相ハーフブリッジ回路１９Ｗの上アームスイッチング素子１８Ｃと下アームスイッチング素子１８Ｆは二つずつそれぞれ並んだかたちとされ、この並んだ一組の上下アームスイッチング素子１８Ａ及び１８Ｄ、上下アームスイッチング素子１８Ｂ及び１８Ｅ、上下アームスイッチング素子１８Ｃ及び１８Ｆが、図３に示す如く基板１７の中心（駆動軸１３の位置。ハウジング２の軸）の周囲に放射状に配置されている。
【0057】
また、切換回路３０の切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８Ｉは、図３に示す如く基板１７の各スイッチング素子１８Ａ～１８Ｆが設けられた箇所以外の箇所に配置されている。
【0058】
また、実施例ではＵ相ハーフブリッジ回路１９Ｕの上下アームスイッチング素子１８Ａ及び１８Ｄが吸入口１４側に位置しており、それに対して図３における反時計回り９０°の位置にＶ相ハーフブリッジ回路１９Ｖの上下アームスイッチング素子１８Ｂ及び１８Ｅが配置され、基板１７の中心に対して吸入口１４とは反対側の位置にＷ相ハーフブリッジ回路１９Ｗの上下アームスイッチング素子１８Ｃ及び１８Ｆが配置されたかたちとされている。
【0059】
また、実施例では切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８Ｉは、基板１７の中心に対してＶ相ハーフブリッジ回路１９Ｖの上下アームスイッチング素子１８Ｂ及び１８Ｅとは反対側に配置されている。
【0060】
そして、吸入口１４から吸入された冷媒は、図３中破線矢印の如くハウジング２の軸を中心として反時計回りに回転する。そのため、吸入冷媒の流れに対してインバータ回路２８のＵ相ハーフブリッジ回路１９Ｕの上下アームスイッチング素子１８Ａ及び１８Ｄが最も上流側（電動コンプレッサ１６で最も低温となる箇所）に位置し、その下流側にＶ相ハーフブリッジ回路１９Ｖの上下アームスイッチング素子１８Ｂ及び１８Ｅが位置し、その下流側にＷ相ハーフブリッジ回路１９Ｗのスイッチング素子１８Ｃ及び１８Ｆが位置し、最も下流側に切換回路３０の切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８Ｉが配置されたかたちとなる。
【0061】
また、各スイッチング素子１８Ａ～１８Ｉの端子部２２は、基板１７の中心側となった状態で基板１７に接続されている。そして、このように組み立てられたインバータ５は、各スイッチング素子１８Ａ～１８Ｉがある一面側が仕切壁３側となった状態でインバータ収容部６内に収容されて仕切壁３に取り付けられ、カバー２３にて塞がれる。この場合、基板１７は仕切壁３から起立するボス部２４を介して仕切壁３に固定されることになる。
【0062】
このようにインバータ５が仕切壁３に取り付けられた状態で、各スイッチング素子１８Ａ～１８Ｉは仕切壁３に直接若しくは所定の絶縁熱伝導材を介して密着し、ハウジング２の仕切壁３と熱交換関係となる。このとき、各スイッチング素子１８Ａ～１８Ｉは軸受１２及び駆動軸１３に対応する箇所を避けた位置に配置され、その周囲を囲繞するかたちで配置される（図３）。
【0063】
そして、前述した如く仕切壁３は圧縮機構収容部４内に吸入される冷媒によって冷やされているので、各スイッチング素子１８Ａ～１８Ｉは仕切壁３を介して吸入冷媒と熱交換関係となり、仕切壁３の厚みを介して圧縮機構収容部４内に吸入された冷媒によって冷却され、各スイッチング素子１８Ａ～１８Ｉ自体は仕切壁３を介して冷媒に放熱するかたちとなる。
【0064】
（３）モータ８の巻線構造
次に、モータ８のステータ９の巻線構造について説明する。図４は実施例のモータユニット１で採用されるモータ８のティース３３の部分の拡大断面図を示している。ステータ９のティース３３には、絶縁フィルム３４やインシュレータ３６を介して三相の第１の巻線３７（ステータ巻線）と、三相の第２の巻線３８（ステータ巻線）が共通巻きにて巻装されている。この場合、実施例では図４に示す如く、第２の巻線３８が第１の巻線３７よりティース３３の先端側に配置されている（第２の巻線３８をハッチングで示す）。ここで、図４に示した第１の巻線３７と第２の巻線３８の配置は、それに限らず、図示は省略するが、例えば第１の巻線３７が内側、第２の巻線３８が外側となるように巻いて良く、二つの巻線３７、３８を重ねて巻いても良い。
次に、モータ８のステータ９の巻線構造について説明する。図４は実施例のモータユニット１で採用されるモータ８のティース３３の部分の拡大断面図を示している。ステータ９のティース３３には、絶縁フィルム３４やインシュレータ３６を介して三相の第１の巻線３７（ステータ巻線）と、三相の第２の巻線３８（ステータ巻線）が共通巻きにて巻装されている。この場合、実施例では図４に示す如く、第２の巻線３８が第１の巻線３７よりティース３３の先端側に配置されている（第２の巻線３８をハッチングで示す）。ここで、図４に示した第１の巻線３７と第２の巻線３８の配置は、それに限らず、図示は省略するが、例えば第１の巻線３７が内側、第２の巻線３８が外側となるように巻いて良く、二つの巻線３７、３８を重ねて巻いても良い。
【0065】
（４）ステータ９の第１の巻線３７と第２の巻線３８
この場合、第１の巻線３７の巻数は第２の巻線３８の巻数よりも多くする。これにより、第１の巻線３７の発電定数は、第２の巻線３８の発電定数より大きくなる。また、同一の入力電圧Ｖｄｃが印加された場合に、第２の巻線３８に流れる電流は、第１の巻線３７に流れる電流よりも大きくなる。
この場合、第１の巻線３７の巻数は第２の巻線３８の巻数よりも多くする。これにより、第１の巻線３７の発電定数は、第２の巻線３８の発電定数より大きくなる。また、同一の入力電圧Ｖｄｃが印加された場合に、第２の巻線３８に流れる電流は、第１の巻線３７に流れる電流よりも大きくなる。
【0066】
また、第１の巻線３７は通常の入力電圧（高電圧）用、第２の巻線３８は入力電圧が低下した低入力電圧（低電圧）用であり、入力電圧Ｖｄｃが変動した場合に想定される最大電圧時で第１の巻線３７の巻数を設定し、最低電圧時で第２の巻線３８の巻数を設定する。それにより、第１の巻線３７の巻数は、後述する入力電圧Ｖｄｃが所定値Ｖ１より高いとき、若しくは、所定値Ｖ１以上であるときに、制御上最小のモータ電流で要求駆動点を満足する値とし、第２の巻線３８の巻数は、入力電圧Ｖｄｃが所定値Ｖ１以下のとき、若しくは、所定値Ｖ１より低いときに、制御上最小のモータ電流で要求駆動点を満足する値とする。
【0067】
（５）モータユニット１の回路構成
次に、図１においてモータユニット１は、前述した如くインバータ５とモータ８から構成され、インバータ５は、前述した如く三相のインバータ回路２８と、切換回路３０と、制御装置２１を備えている。インバータ回路２８は、直流電源（バッテリ：例えば、３５０Ｖ）２９の直流電圧（インバータ５の入力電圧Ｖｄｃ）を三相交流電圧（三相交流出力：インバータ５の出力電圧）に変換してモータ８に印加する回路である。
次に、図１においてモータユニット１は、前述した如くインバータ５とモータ８から構成され、インバータ５は、前述した如く三相のインバータ回路２８と、切換回路３０と、制御装置２１を備えている。インバータ回路２８は、直流電源（バッテリ：例えば、３５０Ｖ）２９の直流電圧（インバータ５の入力電圧Ｖｄｃ）を三相交流電圧（三相交流出力：インバータ５の出力電圧）に変換してモータ８に印加する回路である。
【0068】
このインバータ回路２８は、Ｕ相ハーフブリッジ回路１９Ｕ、Ｖ相ハーフブリッジ回路１９Ｖ、Ｗ相ハーフブリッジ回路１９Ｗを有しており、各相ハーフブリッジ回路１９Ｕ～１９Ｗは、それぞれ上アームスイッチング素子１８Ａ～１８Ｃと、下アームスイッチング素子１８Ｄ～１８Ｆを個別に有している。更に、各スイッチング素子１８Ａ～１８Ｆには、それぞれフライホイールダイオード３１が逆並列に接続されている。
【0069】
そして、インバータ回路２８の上アームスイッチング素子１８Ａ～１８Ｃの上端側（ＩＧＢＴのコレクタ）は、直流電源２９の上アーム電源ライン（正極側母線）１０に接続されている。一方、インバータ回路２８の下アームスイッチング素子１８Ｄ～１８Ｆの下端側（ＩＧＢＴのエミッタ）は、直流電源２９の下アーム電源ライン（負極側母線）１５に接続されている。
【0070】
この場合、Ｕ相ハーフブリッジ回路１９Ｕの上アームスイッチング素子１８Ａと下アームスイッチング素子１８Ｄが直列に接続され、Ｖ相ハーフブリッジ回路１９Ｖの上アームスイッチング素子１８Ｂと下アームスイッチング素子１８Ｅが直列に接続され、Ｗ相ハーフブリッジ回路１９Ｗの上アームスイッチング素子１８Ｃと下アームスイッチング素子１８Ｆが直列に接続されている。
【0071】
そして、Ｕ相ハーフブリッジ回路１９Ｕの上アームスイッチング素子１８Ａと下アームスイッチング素子１８Ｄの接続点である中性点（Ｕ相電圧Ｖｕ）は、モータ８の第１の巻線３７のＵ相の電機子コイル４１に接続され、Ｖ相ハーフブリッジ回路１９Ｖの上アームスイッチング素子１８Ｂと下アームスイッチング素子１８Ｅの接続点である中性点（Ｖ相電圧Ｖｖ）は、モータ８の第１の巻線３７のＶ相の電機子コイル４２に接続され、Ｗ相ハーフブリッジ回路１９Ｗの上アームスイッチング素子１８Ｃと下アームスイッチング素子１８Ｆの接続点である中性点（Ｗ相電圧Ｖｗ）は、モータ８の第１の巻線３７のＷ相の電機子コイル４３に接続されている。
【0072】
一方、モータ８の第２の巻線３８は前述した切換回路３０の切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８Ｉを介してインバータ回路２８に接続される。この場合、モータ８の第２の巻線３８のＵ相の電機子コイル４６は、切換用スイッチング素子１８Ｇを介してＵ相ハーフブリッジ回路１９Ｕの上アームスイッチング素子１８Ａと下アームスイッチング素子１８Ｄの接続点である中性点（Ｕ相電圧Ｖｕ）に接続され、モータ８の第２の巻線３８のＶ相の電機子コイル４７は、切換用スイッチング素子１８Ｈを介してＶ相ハーフブリッジ回路１９Ｖの上アームスイッチング素子１８Ｂと下アームスイッチング素子１８Ｅの接続点である中性点（Ｖ相電圧Ｖｖ）に接続され、モータ８の第２の巻線３８のＷ相の電機子コイル４８は、切換用スイッチング素子１８Ｉを介してＷ相ハーフブリッジ回路１９Ｗの上アームスイッチング素子１８Ｃと下アームスイッチング素子１８Ｆの接続点である中性点（Ｗ相電圧Ｖｗ）に接続されている。
【0073】
また、切換用スイッチング素子１８Ｇの上端側（ＩＧＢＴのコレクタ）が電機子コイル４６に接続され、下端側（ＩＧＢＴのエミッタ）がＵ相ハーフブリッジ回路１９Ｕの上アームスイッチング素子１８Ａと下アームスイッチング素子１８Ｄの接続点である中性点に接続され、切換用スイッチング素子１８Ｈの上端側（ＩＧＢＴのコレクタ）が電機子コイル４７に接続され、下端側（ＩＧＢＴのエミッタ）がＶ相ハーフブリッジ回路１９Ｖの上アームスイッチング素子１８Ｂと下アームスイッチング素子１８Ｅの接続点である中性点に接続され、切換用スイッチング素子１８Ｉの上端側（ＩＧＢＴのコレクタ）が電機子コイル４８に接続され、下端側（ＩＧＢＴのエミッタ）がＷ相ハーフブリッジ回路１９Ｗの上アームスイッチング素子１８Ｃと下アームスイッチング素子１８Ｆの接続点である中性点に接続されている。尚、各切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８Ｉにも、それぞれフライホイールダイオード３１が逆並列に接続されている。
【0074】
（６）制御装置２１の構成
次に、制御装置２１はプロセッサを有するマイクロコンピュータから構成されており、回転数指令値と、モータ８から入力するモータ電流（相電流）に基づき、インバータ回路２８の各上下アームスイッチング素子１８Ａ～１８ＦのＯＮ／ＯＦＦ状態（スイッチング）を制御すると共に、各切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８ＩのＯＮ／ＯＦＦ状態（スイッチングも制御する。具体的には、各スイッチング素子１８Ａ～１８Ｉの制御電極（ＩＧＢＴのゲート）に印加する制御電極電圧（ゲート電圧）を制御する。
次に、制御装置２１はプロセッサを有するマイクロコンピュータから構成されており、回転数指令値と、モータ８から入力するモータ電流（相電流）に基づき、インバータ回路２８の各上下アームスイッチング素子１８Ａ～１８ＦのＯＮ／ＯＦＦ状態（スイッチング）を制御すると共に、各切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８ＩのＯＮ／ＯＦＦ状態（スイッチングも制御する。具体的には、各スイッチング素子１８Ａ～１８Ｉの制御電極（ＩＧＢＴのゲート）に印加する制御電極電圧（ゲート電圧）を制御する。
【0075】
制御装置２１は、モータ８の電気角、電流指令値と相電流から得られる界磁制御効果のあるｄ軸電流、トルク制御効果のあるｑ軸電流に基づくベクトル制御により、モータ８の第１の巻線３７や第２の巻線３８の各相の電機子コイル４１～４３、４６～４８に印加するＵ相電圧Ｖｕ、Ｖ相電圧Ｖｖ、Ｗ相電圧Ｖｗを生成するための三相変調電圧指令値を演算し、生成する。この三相変調電圧指令値とは、モータ８の三相変調制御を行う場合における電圧指令値である。また、上記の如く主にトルク制御効果があるのはｑ軸電流であるため、制御装置２１はトルクを出力するためにｑ軸電流を流すように電圧制御を行う。
【0076】
そして、制御装置２１は上記三相変調電圧指令値とキャリア信号との大小を比較することによって、インバータ回路２８のＵ相ハーフブリッジ回路１９Ｕ、Ｖ相ハーフブリッジ回路１９Ｖ、Ｗ相ハーフブリッジ回路１９Ｗの駆動指令信号となるＰＷＭ信号を生成し、出力する。
【0077】
更に、制御装置２１は上記ＰＷＭ信号に基づき、Ｕ相ハーフブリッジ回路１９Ｕのスイッチング素子１８Ａ、１８Ｄの制御電極電圧（ゲート電圧）と、Ｖ相ハーフブリッジ回路１９Ｖのスイッチング素子１８Ｂ、１８Ｅの制御電極電圧（ゲート電圧）と、Ｗ相ハーフブリッジ回路１９Ｗのスイッチング素子１８Ｃ、１８Ｆの制御電極電圧（ゲート電圧）を発生させる。
【0078】
そして、インバータ回路２８の各上下アームスイッチング素子１８Ａ～１８Ｆは、制御装置２１から出力される制御電極電圧（ゲート電圧）に基づき、ＯＮ／ＯＦＦ駆動される。即ち、制御電極電圧（ゲート電圧）がＯＮの電圧の値（所定の電圧値）となるとスイッチング素子がＯＮ動作し、制御電極電圧（ゲート電圧）がＯＦＦの電圧の値（零）となるとスイッチング素子がＯＦＦ動作する。
【0079】
そして、Ｕ相ハーフブリッジ回路１９Ｕの上アームスイッチング素子１８Ａと下アームスイッチング素子１８Ｄの接続点である中性点の電圧がＵ相電圧Ｖｕ（相電圧）としてモータ８の第１の巻線３７のＵ相の電機子コイル４１に印加され、Ｖ相ハーフブリッジ回路１９Ｖの上アームスイッチング素子１８Ｂと下アームスイッチング素子１８Ｅの接続点である中性点の電圧がＶ相電圧Ｖｖ（相電圧）としてモータ８の第１の巻線３７のＶ相の電機子コイル４２に印加され、Ｗ相ハーフブリッジ回路１９Ｗの上アームスイッチング素子１８Ｃと下アームスイッチング素子１８Ｆの接続点である中性点の電圧がＷ相電圧Ｖｗ（相電圧）としてモータ８の第１の巻線３７のＷ相の電機子コイル４３に印加される。
【0080】
更に、各切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８Ｉも、制御装置２１から出力される制御電極電圧（ゲート電圧）に基づき、ＯＮ／ＯＦＦされる。即ち、制御電極電圧（ゲート電圧）がＯＮの電圧の値（所定の電圧値）となると各切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８ＩがＯＮし、制御電極電圧（ゲート電圧）がＯＦＦの電圧の値（零）となると各切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８ＩがＯＦＦする。
【0081】
尚、制御装置２１はモータ８が停止しているときに、各切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８Ｉを同時にＯＮ／ＯＦＦする。切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８ＩがＯＮされると、Ｕ相ハーフブリッジ回路１９Ｕの上アームスイッチング素子１８Ａと下アームスイッチング素子１８Ｄの接続点である中性点の電圧がＵ相電圧Ｖｕ（相電圧）としてモータ８の第２の巻線３８のＵ相の電機子コイル４６に印加され、Ｖ相ハーフブリッジ回路１９Ｖの上アームスイッチング素子１８Ｂと下アームスイッチング素子１８Ｅの接続点である中性点の電圧がＶ相電圧Ｖｖ（相電圧）としてモータ８の第２の巻線３８のＶ相の電機子コイル４７に印加され、Ｗ相ハーフブリッジ回路１９Ｗの上アームスイッチング素子１８Ｃと下アームスイッチング素子１８Ｆの接続点である中性点の電圧がＷ相電圧Ｖｗ（相電圧）としてモータ８の第２の巻線３８のＷ相の電機子コイル４８に印加される。
【0082】
即ち、切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８ＩがＯＮされると、第２の巻線３８のＵＶＷ相の電機子コイル４６～４７は、第１の巻線３７のＵＶＷ各相の電機子コイル４１～４３に対してそれぞれ並列に接続されたかたちとなる。これを以下、第２の駆動状態とする。また、切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８ＩがＯＦＦされると、第２の巻線３８は電気回路から切り離されたかたちとなる。これを以下、第１の駆動状態とする。
【0083】
（７）制御装置２１の動作
次に、図１、図８と図１０を参照しながら、制御装置２１の動作について説明する。制御装置２１は前述した如くインバータ回路２８の各上下アームスイッチング素子１８Ａ～１８ＦをＯＮ／ＯＦＦ（スイッチング）して、ＵＶＷの各相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを生成し、モータ８に印加するが、制御装置２１には直流電源２９の直流電圧（入力電圧Ｖｄｃ）に関する情報が入力されており、制御装置２１はこの入力電圧Ｖｄｃの大きさに基づいて、各切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８ＩのＯＦＦとＯＮを切り換えることにより、モータ８を前述した第１の駆動状態と第２の駆動状態に切り換える。
次に、図１、図８と図１０を参照しながら、制御装置２１の動作について説明する。制御装置２１は前述した如くインバータ回路２８の各上下アームスイッチング素子１８Ａ～１８ＦをＯＮ／ＯＦＦ（スイッチング）して、ＵＶＷの各相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを生成し、モータ８に印加するが、制御装置２１には直流電源２９の直流電圧（入力電圧Ｖｄｃ）に関する情報が入力されており、制御装置２１はこの入力電圧Ｖｄｃの大きさに基づいて、各切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８ＩのＯＦＦとＯＮを切り換えることにより、モータ８を前述した第１の駆動状態と第２の駆動状態に切り換える。
【0084】
（７－１）第１の駆動状態（Ｖ１＜Ｖｄｃ、若しくは、Ｖ１≦Ｖｄｃ）
この場合、制御装置２１は実施例では入力電圧Ｖｄｃが所定値Ｖ１より高いとき（Ｖ１＜Ｖｄｃ）、若しくは、所定値Ｖ１以上であるとき（Ｖ１≦Ｖｄｃ）、切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８Ｉを三相同時にＯＦＦしてモータ８を第１の駆動状態とする。前述した如く、切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８ＩのＯＦＦは、モータ８が停止しているときに行う。
この場合、制御装置２１は実施例では入力電圧Ｖｄｃが所定値Ｖ１より高いとき（Ｖ１＜Ｖｄｃ）、若しくは、所定値Ｖ１以上であるとき（Ｖ１≦Ｖｄｃ）、切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８Ｉを三相同時にＯＦＦしてモータ８を第１の駆動状態とする。前述した如く、切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８ＩのＯＦＦは、モータ８が停止しているときに行う。
【0085】
ここで、入力電圧Ｖｄｃが所定値Ｖ１より高いとき（Ｖ１＜Ｖｄｃ）、若しくは、所定値Ｖ１以上であるとき（Ｖ１≦Ｖｄｃ）とは、入力電圧Ｖｄｃが通常の入力電圧である場合を云う。即ち、入力電圧Ｖｄｃが通常の電圧であるとき、切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８ＩがＯＦＦされると、前述した如く第２の巻線３８は電気回路から切り離されるので、インバータ回路２８から出力される相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗはモータ８の第１の巻線３７のみに印加される。
【0086】
このときのモータ８のＮＴ特性は前述した図８に示した通りである。前述した如く第１の巻線３７の巻数は、入力電圧Ｖｄｃが所定値Ｖ１より高いとき、若しくは、所定値Ｖ１以上であるときに、制御上最小のモータ電流で要求駆動点を満足する値とされている。そして、この場合入力電圧Ｖｄｃは通常の入力電圧であるので（図８の実線）、駆動範囲（回転数）の全てで要求駆動点よりも高いトルクを出力でき、要求駆動点を満たすことができる。
【0087】
（７－２）第２の駆動状態（Ｖｄｃ≦Ｖ１、若しくは、Ｖｄｃ＜Ｖ１）
一方、入力電圧Ｖｄｃが低下して所定値Ｖ１以下になったとき（Ｖｄｃ≦Ｖ１）、若しくは、所定値Ｖ１より低くなったとき（Ｖｄｃ＜Ｖ１）、切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８Ｉを三相同時にＯＮしてモータ８を第２の駆動状態とする。同様に切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８ＩのＯＮは、モータ８が停止しているときに行う。
一方、入力電圧Ｖｄｃが低下して所定値Ｖ１以下になったとき（Ｖｄｃ≦Ｖ１）、若しくは、所定値Ｖ１より低くなったとき（Ｖｄｃ＜Ｖ１）、切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８Ｉを三相同時にＯＮしてモータ８を第２の駆動状態とする。同様に切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８ＩのＯＮは、モータ８が停止しているときに行う。
【0088】
ここで、入力電圧Ｖｄｃが所定値Ｖ１以下のとき（Ｖｄｃ≦Ｖ１）、若しくは、所定値Ｖ１より低いとき（Ｖｄｃ＜Ｖ１）とは、入力電圧Ｖｄｃが通常より低い入力電圧である場合を云う。即ち、入力電圧Ｖｄｃが通常より低い電圧であるとき、切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８ＩがＯＮされると、前述した如く第２の巻線３８が第１の巻線３７に対して並列に接続された状態になるので、インバータ回路２８から出力される相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗはモータ８の第２の巻線３８と第１の巻線３７に印加されるようになる。
【0089】
ここで、前述した如く第２の巻線３８は第１の巻線３７よりも巻数が少なく、第２の巻線３８の発電定数は第１の巻線３８の発電定数より小さい。また、第２の巻線３８は第１の巻線３７よりも電流が流れ易いので、インバータ回路２８から出力された電流の大部分が第２の巻線３８に流れるようになり、実質的にモータ８は第２の巻線３８で駆動されるようになる。
【0090】
この場合のモータ８のＮＴ特性を図１０に示す。前述した如く第２の巻線３８の巻数は、入力電圧Ｖｄｃが所定値Ｖ１以下のとき、若しくは、所定値Ｖ１より低いときに、制御上最小のモータ電流で要求駆動点を満足する値とされている。そして、この場合入力電圧Ｖｄｃは通常の入力電圧よりも低下しているので（図１０の実線）、駆動範囲（回転数）の全てで要求駆動点よりも高いトルクを出力でき、要求駆動点を満たすことができる。
【0091】
尚、前述した如く上アームスイッチング素子１８Ａ～１８Ｃと、切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８Ｉは、制御電極電圧値（ゲート電圧値：ＯＮとＯＦＦの電圧の値）が同じものが使用されている。そして、上アームスイッチング素子１８Ａ～１８Ｃのエミッタと、切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８Ｉのエミッタは、各相のハーフブリッジ回路１９Ｕ～１９Ｗの中性点に接続されているので、同様の一般的で安価なブートストラップ回路により、それらの制御電極電圧（ゲート電圧）を生成してＯＮ／ＯＦＦすることができる。
【0092】
また、この第２の駆動状態でも第１の巻線３７には電流が流れるので、損失が生じるが、発電電圧の関係で第１の巻線３７に流れる電流値は極めて小さくなる（設定によっては殆ど流れなくすることも可能）。更に、設定によっては第１の巻線３７に負のトルクが発生する場合もあるが、第２の巻線３８が発生する正のトルクと比較して小さくなる。従って、特に電動コンプレッサの場合等では殆ど問題は生じない。第１の巻線３７とインバータ回路２８との間にリレーやスイッチング素子を取り付ければ、第２の巻線３８で駆動する際に、第１の巻線３７を電気回路から完全に切り離すことができるが、リレーやスイッチング素子の数が増加するため、コストアップとなると共に、図３に示すようにスペースが狭いため、電動コンプレッサ１６で採用することは配置上難しい。
【0093】
以上詳述した如く本発明によれば、三つの切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８Ｉにより、モータ８の第１の駆動状態と第２の駆動状態を切り換えることができるようになるので、モータ８の巻線切換を低コスト、省スペースで実現することが可能となる。この場合、リレーでは無くスイッチング素子１８Ｇ～１８Ｉで巻線切換を行うので、更なるコストの削減と小型化を実現することができる。
【0094】
更に、実施例では制御装置２１によって、入力電圧Ｖｄｃが所定値Ｖ１より高い場合、若しくは、所定値Ｖ１以上である場合、切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８ＩをＯＦＦすると共に、入力電圧Ｖｄｃが所定値Ｖ１以下の場合、若しくは、所定値Ｖ１より低い場合、切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８ＩをＯＮするようにしているので、入力電圧Ｖｄｃのワイドレンジ化に対応可能となる。
【0095】
この場合、実施例では第１の巻線３７の巻数を、入力電圧Ｖｄｃが所定値Ｖ１より高いとき、若しくは、所定値Ｖ１以上であるときに、制御上最小のモータ電流で要求駆動点を満足する値とし、第２の巻線３８の巻数を、入力電圧Ｖｄｃが所定値Ｖ１以下のとき、若しくは、所定値Ｖ１より低いときに、制御上最小のモータ電流で要求駆動点を満足する値としているので、所定値Ｖ１より高い若しくは所定値Ｖ１以上の通常の入力電圧Ｖｄｃのときには、第１の駆動状態として第１の巻線３７により、電流許容値をクリアしながら駆動領域（回転数）の全てで要求駆動点を満足し、入力電圧Ｖｄｃが低下して所定値Ｖ１以下若しくは所定値Ｖ１より低くなったときには、第２の駆動状態として第２の巻線３８により、電流許容値をクリアしながら駆動領域の全てで要求駆動点を満足することが可能となる。
【0096】
また、実施例では更に第１の巻線３７の巻数を、第２の巻線３８の巻数より多くし、第１及び第２の巻線３７、３８の巻数を、同一の入力電圧Ｖｄｃが印加された場合に、第２の巻線３８に流れる電流が、第１の巻線３７に流れる電流よりも大きくなる値に設定し、第２の巻線３８よりも発電定数が大きい第１の巻線３７を採用し、通常の入力電圧Ｖｄｃでは第１の駆動状態とし、入力電圧Ｖｄｃが低下したときに第２の駆動状態に切り換えるようにしているので、効果的に入力電圧のワイドレンジ化に対応することができる。
【0097】
即ち、通常の入力電圧Ｖｄｃでは第１の駆動状態として巻数の多い第１の巻線３７により、電流許容値をクリアしながら駆動領域（回転数）の全てで要求駆動点を満足し、入力電圧Ｖｄｃが低下したときには第２の駆動状態として巻数の少ない第２の巻線３８により、電流許容値をクリアしながら駆動領域の全てで要求駆動点を満足することが可能となるからであり、通常の入力電圧Ｖｄｃでは第１の駆動状態として第１の巻線３７により、電流許容値をクリアしながら駆動領域（回転数）の全てで要求駆動点を満足し、入力電圧Ｖｄｃが低下したときには第２の駆動状態とし、より電流が流れ易い第２の巻線３８により、電流許容値をクリアしながら駆動領域の全てで要求駆動点を満足することが可能となり、通常の入力電圧Ｖｄｃでは第１の駆動状態として発電定数が大きい第１の巻線３７により、電流許容値をクリアしながら駆動領域（回転数）の全てで要求駆動点を満足し、入力電圧Ｖｄｃが低下したときには第２の駆動状態として発電定数が小さい第２の巻線３８により、電流許容値をクリアしながら駆動領域の全てで要求駆動点を満足することが可能となるからである。
【0098】
また、実施例では制御装置２１が、モータ８が停止している状態で、切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８ＩをＯＮ／ＯＦＦするようにしているので、誤作動や機器の損傷を来す不都合を未然に回避することができるようになる。
【0099】
特に、実施例では切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８Ｉを各相のハーフブリッジ回路１９Ｕ～１９Ｗの中性点に接続しており、切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８Ｉと上アームスイッチング素子１８Ａ～１８Ｃを、制御電極電圧値が同じスイッチング素子により構成しているので、切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８Ｉを上アームスイッチング素子１８Ａ～１８Ｃと同様の駆動回路で動作させることが可能となる。これにより、切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８Ｉの制御電極電圧を作るための別途の電源を準備する必要が無くなり、より一層効果的に低コスト、省スペース化を図ることができるようになる。
【0100】
更に、実施例では第１の巻線３７と第２の巻線３８を、ステータ９のティース３３に共通巻きしているので、モータ８の構造の簡素化と小型化を実現することが可能となる。
【0101】
尚、実施例では本発明のモータユニット１を電動コンプレッサ１６に適用したが、請求項１～請求項９の発明ではそれに限らず、インバータモータを備えた種々の機器について本発明は有効である。しかしながら、本発明のモータユニット１を電動コンプレッサ１６に採用することで、入力電圧のワイドレンジ化に極めて有効となるものとなる。
【0102】
また、実施例では上下アームスイッチング素子１８Ａ～１８Ｆ及び切換用スイッチング素子１８Ｇ～１８Ｉをハウジング２の仕切壁３と熱交換関係に配置したが、請求項１～請求項１０の発明ではそれに限らず、上下アームスイッチング素子１８Ａ～１８Ｆのみをハウジング２の仕切壁３と熱交換関係に配置するようにしてもよい。
【符号の説明】
【0103】
１ モータユニット
２ ハウジング
５ インバータ
７ 圧縮機構
８ モータ
９ ステータ
１６ 電動コンプレッサ
１８Ａ～１８Ｆ 上下アームスイッチング素子
１８Ｇ～１８Ｉ 切換用スイッチング素子
１９Ｕ Ｕ相ハーフブリッジ回路
１９Ｖ Ｖ相ハーフブリッジ回路
１９Ｗ Ｗ相ハーフブリッジ回路
２１ 制御装置
２８ インバータ回路
２９ 直流電源
３０ 切換回路
３３ ティース
３７ 第１の巻線
３８ 第２の巻線
４１～４２、４６～４８ 電機子コイル
２ ハウジング
５ インバータ
７ 圧縮機構
８ モータ
９ ステータ
１６ 電動コンプレッサ
１８Ａ～１８Ｆ 上下アームスイッチング素子
１８Ｇ～１８Ｉ 切換用スイッチング素子
１９Ｕ Ｕ相ハーフブリッジ回路
１９Ｖ Ｖ相ハーフブリッジ回路
１９Ｗ Ｗ相ハーフブリッジ回路
２１ 制御装置
２８ インバータ回路
２９ 直流電源
３０ 切換回路
３３ ティース
３７ 第１の巻線
３８ 第２の巻線
４１～４２、４６～４８ 電機子コイル
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】